图解Android：View的绘制机制与源码解析
2017-10-20 本文已影响108人
肖丹晨
前言
Android的视图是如何绘制的？深入了解一下UI的绘制原理无论对我们APP的性能优化还是对我们的自定义view都有很大的帮助。下文将和大家一道探究一下Android的viewTree的绘制原理，希望对大家的开发和学习有所帮助。
本篇是图解Android系列第二篇，更多文章敬请关注后续文章。如果这篇文章对大家学习Android有帮助，还望大家多多转载。学习小组QQ群: 193765960。
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Activity的视图结构
先看一下activity的视图结构图
Activity的视图结构
- 每个activity都有一个Window(实际是phonewindow)
- Phonewindow含有一个DecorView，这是我们window的topview
- DecorView是继承自Framelayout，换言之其为整个ViewTree的根节点viewGroup
再看一下Phonewindow的类图
Activity的视图结构
接下来我们来看一下单个Activity的viewTree的结构，我选择了两版sdk来查看
1）Android4.4系统的activity：
Activity的视图结构
2）Android6.0系统的activity：
Activity的视图结构
ViewTree的绘制
id为“content”的ContentFrameLayout是我们的布局文件加载显示的区域，更确切地说是我们activity的setcontentView()方法设置的视图显示的区域。下面我么就看看ContentFrameLayout中整个viewTree是如何绘制出来的。
Activity的视图结构
在《图解Android：事件传递机制》中我们说过Android中的任何一个布局、任何一个控件包括我们自定义的控件其实都是直接或间接继承自View实现的，所以说这些View应该都具有相同的绘制流程与机制才能显示到屏幕上（可能每个控件的具体绘制逻辑有差异， 但是主流程都是一样的）。每一个View的绘制过程都必须经历三个最主要的过程，也就是measure()、layout()和draw()。
先看一下类图：
Activity的视图结构
那么，整个Android的UI绘制机制是从哪里开始的即入口在哪里呢？答案就是ViewRootImpl类的performTraversals()方法。ViewRootImpl这个类是一个隐藏类，所以如果你是使用Eclipse开发的话可能看不到这个文件（AndroidStudio可以），没关系，根据路径（androidSDK\android-sdk-windows\sources\android-23\android\view\）去找到ViewRootImpl.Java文件，然后用文本阅读工具直接打开就好。
看一下官方对ViewRootImpl的介绍：
/**
* The top of a view hierarchy, implementing the needed protocol between View
* and the WindowManager. This is for the most part an internal implementation
* detail of {@link WindowManagerGlobal}.
*
* {@hide}
*/
上面这段注释啥意思呢？说白了就是ViewRootImpl是一个window中的viewTree的入口，实现了window对viewTree管理的必需逻辑。
ViewRootImpl类performTraversals()代码，源代码长的恐怖，这里给大家过滤一下
private void performTraversals() {
......
//lp.width和lp.height在创建ViewGroup实例时值为MATCH_PARENT
int childWidthMeasureSpec = getRootMeasureSpec(mWidth, lp.width);
int childHeightMeasureSpec = getRootMeasureSpec(mHeight, lp.height);
......
performMeasure(childWidthMeasureSpec, childHeightMeasureSpec);
......
performLayout(lp, desiredWindowWidth, desiredWindowHeight);
......
performDraw();
......
}
//执行rootView的测量
private void performMeasure(int childWidthMeasureSpec, int childHeightMeasureSpec) {
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_VIEW, "measure");
try {
//ViewGroup的measure()方法
mView.measure(childWidthMeasureSpec, childHeightMeasureSpec);
} finally {
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_VIEW);
}
}
//执行layout操作
private void performLayout(WindowManager.LayoutParams lp, int desiredWindowWidth,
int desiredWindowHeight) {
mLayoutRequested = false;
mScrollMayChange = true;
mInLayout = true;
final View host = mView;
......
try {
//viewRoot先进行layout
host.layout(0, 0, host.getMeasuredWidth(), host.getMeasuredHeight());
mInLayout = false;
//需要layout的子view的数量
int numViewsRequestingLayout = mLayoutRequesters.size();
if (numViewsRequestingLayout > 0) {
//需要layout的子view
ArrayList<View> validLayoutRequesters = getValidLayoutRequesters(mLayoutRequesters,
false);
if (validLayoutRequesters != null) {
//如果view中有调用requestLayout()方法，则说明界面需要刷新
mHandlingLayoutInLayoutRequest = true;
int numValidRequests = validLayoutRequesters.size();
for (int i = 0; i < numValidRequests; ++i) {
final View view = validLayoutRequesters.get(i);
view.requestLayout();
}
//整个viewTree重新measure
measureHierarchy(host, lp, mView.getContext().getResources(),
desiredWindowWidth, desiredWindowHeight);
mInLayout = true;
//整个viewTree重新layout
host.layout(0, 0, host.getMeasuredWidth(), host.getMeasuredHeight());
mHandlingLayoutInLayoutRequest = false;
// 再次检查是否有view需要刷新
validLayoutRequesters = getValidLayoutRequesters(mLayoutRequesters, true);
if (validLayoutRequesters != null) {
final ArrayList<View> finalRequesters = validLayoutRequesters;
// Post请求，在下一帧的显示的时候去执行刷新
getRunQueue().post(new Runnable() {
@Override
public void run() {
int numValidRequests = finalRequesters.size();
for (int i = 0; i < numValidRequests; ++i) {
final View view = finalRequesters.get(i);
view.requestLayout();
}
}
});
}
}
}
} finally {
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_VIEW);
}
mInLayout = false;
}
private void performDraw() {
......
try {
draw(fullRedrawNeeded);
} finally {
mIsDrawing = false;
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_VIEW);
}
......
}
private void draw(boolean fullRedrawNeeded) {
......
if (mAttachInfo.mHardwareRenderer != null && mAttachInfo.mHardwareRenderer.isEnabled()) {
//使用硬件渲染，比如GPU
mAttachInfo.mHardwareRenderer.draw(mView, mAttachInfo, this);
} else {
//使用软件渲染
if (!drawSoftware(surface, mAttachInfo, xOffset, yOffset, scalingRequired, dirty)) {
return;
}
}
......
}
/**
* @return true if drawing was successful, false if an error occurred
*/
private boolean drawSoftware(Surface surface, AttachInfo attachInfo, int xoff, int yoff,
boolean scalingRequired, Rect dirty) {
// Draw with software renderer.
final Canvas canvas;
......
try {
canvas.translate(-xoff, -yoff);
if (mTranslator != null) {
mTranslator.translateCanvas(canvas);
}
canvas.setScreenDensity(scalingRequired ? mNoncompatDensity : 0);
attachInfo.mSetIgnoreDirtyState = false;
mView.draw(canvas);
drawAccessibilityFocusedDrawableIfNeeded(canvas);
} finally {
if (!attachInfo.mSetIgnoreDirtyState) {
attachInfo.mIgnoreDirtyState = false;
}
}
......
return true;
}
measure相关
View类的UI绘制相关函数
//final说明该函数不允许被子类override,不需要关注细节
public final void measure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec) {
......
//widthMeasureSpec，heightMeasureSpec是由parent决定的
onMeasure(widthMeasureSpec, heightMeasureSpec);
......
}
/**
*
* @param widthMeasureSpec horizontal space requirements as imposed by the parent.
*
* @param heightMeasureSpec vertical space requirements as imposed by the parent.
*
* @see #getMeasuredWidth()
* @see #getMeasuredHeight()
* @see #setMeasuredDimension(int, int)
* @see #getSuggestedMinimumHeight()
* @see #getSuggestedMinimumWidth()
* @see android.view.View.MeasureSpec#getMode(int)
* @see android.view.View.MeasureSpec#getSize(int)
*/
protected void onMeasure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec) {
//View类的默认实现，如果自定义view的话，需要我们自己override
//child的宽高有来自parent的widthMeasureSpec、heightMeasureSpec和子的MeasureSpecMode共同决定
setMeasuredDimension(getDefaultSize(getSuggestedMinimumWidth(), widthMeasureSpec),
getDefaultSize(getSuggestedMinimumHeight(), heightMeasureSpec));
}
- 注意onMeasure（int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec）入参的含义：
- widthMeasureSpec和heightMeasureSpec是parent暴露给child的尺寸
- widthMeasureSpec和heightMeasureSpec是32位的数值，其中高16位为MeasureSpecMode，低16位为MeasureSpecSize
- MeasureSpecMode有三种取值：
- MeasureSpec.EXACTLY：child为精准尺寸（layout_with=mach_parent、24dp的情况）
- MeasureSpec.AT_MOST：child为最大尺寸（layout_with=wrap_content的情况）
- MeasureSpec.UNSPECIFIED：child未指定尺寸
- child的尺寸有parent穿过来的widthMeasureSpec、heightMeasureSpec和子的MeasureSpecMode共同决定
layout相关
View的layout相关代码
//非final类型，子类可以重载
public void layout(int l, int t, int r, int b) {
......
int oldL = mLeft;
int oldT = mTop;
int oldB = mBottom;
int oldR = mRight;
boolean changed = isLayoutModeOptical(mParent) ?
setOpticalFrame(l, t, r, b) : setFrame(l, t, r, b);
if (changed || (mPrivateFlags & PFLAG_LAYOUT_REQUIRED) == PFLAG_LAYOUT_REQUIRED) {
onLayout(changed, l, t, r, b);
......
}
......
}
//View的onlayout函数默认为空（如果自定义view中需要，可重载）
protected void onLayout(boolean changed, int left, int top, int right, int bottom) {
}
ViewGroup的layout相关代码
/**
* {@inheritDoc}
*/
@Override
public final void layout(int l, int t, int r, int b) {
if (!mSuppressLayout && (mTransition == null || !mTransition.isChangingLayout())) {
if (mTransition != null) {
mTransition.layoutChange(this);
}
//view的layout方法
super.layout(l, t, r, b);
} else {
mLayoutCalledWhileSuppressed = true;
}
}
/**
* 抽象方法，子类必须实现（因为内部必然存在多个view控件，需要layout）
*/
@Override
protected abstract void onLayout(boolean changed,
int l, int t, int r, int b);
/**
* ViewGroup的onLayout()方法都需要子类去实现
* 所以我们来看一下LinearLayout的实现
*/
@Override
protected void onLayout(boolean changed, int l, int t, int r, int b) {
if (mOrientation == VERTICAL) {
layoutVertical();
} else {
layoutHorizontal();
}
}
//以垂直方向的布局为例
void layoutVertical() {
......
final int count = getVirtualChildCount();
......
//遍历child
for (int i = 0; i < count; i++) {
final View child = getVirtualChildAt(i);
if (child == null) {
childTop += measureNullChild(i);
} else if (child.getVisibility() != GONE) {
final int childWidth = child.getMeasuredWidth();
final int childHeight = child.getMeasuredHeight();
......
//递归child调用layout
setChildFrame(child, childLeft, childTop + getLocationOffset(child),
childWidth, childHeight);
......
}
}
}
private void setChildFrame(View child, int left, int top, int width, int height) {
child.layout(left, top, left + width, top + height);
}
注意：
- View.layout方法可被重载，ViewGroup.layout为final的不可重载，ViewGroup.onLayout为abstract的，子类必须重载实现自己的位置逻辑。
- measure操作完成后得到的是对每个View经测量过的measuredWidth和measuredHeight，layout操作 完成之后得到的是对每个View进行位置分配后的mLeft、mTop、mRight、mBottom，这些值都是相对于父View来说的。
- 凡是layout_XXX的布局属性基本都针对的是包含子View的ViewGroup的，当对一个没有父容器的View设置相关layout_XXX属性是没有任何意义的。
- 使用View的getWidth()和getHeight()方法来获取View测量的宽高，必须保证这两个方法在onLayout流程之后被调用才能返回有效值。
draw相关
View的draw相关代码
public void draw(Canvas canvas) {
......
/*
* Draw traversal performs several drawing steps which must be executed
* in the appropriate order:
*
* 1. Draw the background
* 2. If necessary, save the canvas' layers to prepare for fading
* 3. Draw view's content
* 4. Draw children
* 5. If necessary, draw the fading edges and restore layers
* 6. Draw decorations (scrollbars for instance)
*/
// Step 1, draw the background, if needed
......
if (!dirtyOpaque) {
drawBackground(canvas);
}
// skip step 2 & 5 if possible (common case)
......
// Step 2, save the canvas' layers
......
if (drawTop) {
canvas.saveLayer(left, top, right, top + length, null, flags);
}
......
// Step 3, draw the content
if (!dirtyOpaque) onDraw(canvas);
// Step 4, draw the children
dispatchDraw(canvas);
// Step 5, draw the fade effect and restore layers
......
if (drawTop) {
matrix.setScale(1, fadeHeight * topFadeStrength);
matrix.postTranslate(left, top);
fade.setLocalMatrix(matrix);
p.setShader(fade);
canvas.drawRect(left, top, right, top + length, p);
}
......
// Step 6, draw decorations (scrollbars)
onDrawScrollBars(canvas);
......
}
注意：
- View的onDraw()方法为空，需要用户自己实现
- 关于draw，官方的注释已经很清楚，我们需要注意的是第四步：递归调用完成viewTree的绘制
- dispatchdraw()为空，需要在子类去实现
ViewGroup的draw相关代码
/**
* 遍历各种类型的情况的child，并draw
*/
@Override
protected void dispatchDraw(Canvas canvas) {
boolean usingRenderNodeProperties = canvas.isRecordingFor(mRenderNode);
final int childrenCount = mChildrenCount;
final View[] children = mChildren;
......
for (int i = 0; i < childrenCount; i++) {
......
if ((child.mViewFlags & VISIBILITY_MASK) == VISIBLE || child.getAnimation() != null) {
more |= drawChild(canvas, child, drawingTime);
}
}
while (transientIndex >= 0) {
......
if ((transientChild.mViewFlags & VISIBILITY_MASK) == VISIBLE ||
transientChild.getAnimation() != null) {
more |= drawChild(canvas, transientChild, drawingTime);
}
......
}
if (mDisappearingChildren != null) {
......
for (int i = disappearingCount; i >= 0; i--) {
final View child = disappearingChildren.get(i);
more |= drawChild(canvas, child, drawingTime);
}
}
......
}
protected boolean drawChild(Canvas canvas, View child, long drawingTime) {
return child.draw(canvas, this, drawingTime);
}
关于invalidate方法
invalidate系列方法请求重绘View树（也就是draw方法），如果View大小没有发生变化就不会调用layout过程，并且只绘制那 些“需要重绘的”View，也就是哪个View(View只绘制该View，ViewGroup绘制整个ViewGroup)请求invalidate系 列方法，就绘制该View。
有以下几种触发invalidate方法的情况：
- 直接调用invalidate方法：会绘制调用者本身。
- 触发setSelection方法：会绘制调用者本身。
- 触发setVisibility方法：当View可视状态在INVISIBLE转换VISIBLE时会间接调用invalidate方法，继而绘制该View。当View的可视状态在 INVISIBLE\VISIBLE 转换为GONE状态时会间接调用requestLayout和invalidate方法，同时由于View树大小发生了变化，所以会请求measure过 程以及draw过程，同样只绘制需要“重新绘制”的视图。
- 触发setEnabled方法：不会重新绘制任何View包括该调用者本身。
- 触发requestFocus方法：只绘制“需要重绘”的View。
